Гипотезы о возникновении жизни

Введение

Вопросы возникновения жизни на земле были и остаются наиболее актуальными и до сих пор представляют огромный интерес как для исследователей, так и для всех людей, интересующихся историей нашей планеты, поскольку жизнь – это одно из сложнейших и до сих пор окончательно непознанных явлений природы.
С самых древних времен жизнь воспринималась как таинственный и непознаваемый феномен, поэтому вопросам происхождения всегда придавалось большое значение, а в философском аспекте по вопросам происхождения жизни всегда шла острая полемика между материалистами и идеалистами. В частности, представители идеализма считали жизнь в первую очередь нематериальным духовным началом, которое возникло в результате акта божественного сотворения.
В свою очередь материалисты предполагают, что жизнь на планете возникла путем абиогенеза, т.е. путем самозарождения и эволюции неорганических соединений и усложнения их.
На сегодняшний момент общепризнано, что жизнь возникла на Земле в результате закономерного процесса, который возможно исследовать и частично воспроизвести в условиях эксперимента.
В основе возникновения жизни лежит эволюция соединений углерода, происходившая во Вселенной задолго до того, как возникла Солнечная система. При формировании Земли, ее атмосферы, гидросферы и литосферы эволюция соединений углерода только продолжилась. С этого момента природа находится в состоянии непрерывного развития.
Объектом работы является происхождение жизни на Земле. Предметом работы является происхождение жизни на Земле в свете современных теорий. Цель работы – изучить современные теории происхождения жизни на Земле.

1. Теория стационарного состояния

Ряд лабораторных опытов, которые опровергли возможность спонтанного зарождения живых организмов и осознание сложного строения клетки и многогранности происходящих в ней биохимических процессов в совокупности с идеями эволюционного развития Ч. Дарвина оказали громадное влияние на формирование альтернативных теорий происхождения жизни на Земле.
В частности, примером такой теории стало выдвинутое в 1880 году предположение В. Прейера о том, что нет необходимости говорить о рождении жизни на нашей планете, поскольку жизнь существует вечно, и у нее не было начала как такового. Жизнь на планете неизменна и может возродиться в любых подходящих для этого условиях.
Воззрения Прейера и его последователей в настоящее время представляют скорее философский и исторический интерес, поскольку не являются научными. Данные идеи были опровергнуты расчетами астрономов и физиков, которые представили сроки конечного существования для любой планетарной системы, зафиксировав постоянное неуклонное расширение Вселенной, что говорит о том, что Вселенная никогда не была ни постоянной, ни вечной.
Намерение рассматривать мир в качестве единой глобальной сущности нашло свое отражение во взглядах одного из русских философов В.И. Вернадского, сформулировавшего идею о развитии биосферы как единого комплекса и последующем переходе ее в новое состояние ноосферы под воздействием деятельности человека.
Данная идея основывалась на том, что жизнь представляет собой неотъемлемую характеристику вселенной. Вернадский утверждал, что поскольку наука не обнаружила геологических отложений без следов органической жизни, то вполне можно утверждать, что жизнь существовала всегда в геологическом плане.
Вернадский считал, что жизнь появилась на Земле, посредством ее заноса с космическими объектами – кометами, астероидами, метеоритами. Его теория пересекалась с теорией панспермии, о которой будет написано ниже.

2. Теория панспермии

Теория панспермии полагает, что жизнь – это фундаментальное свойство материи, не объясняя при этом способа ее возникновения. Приверженцы панспермии называют космос источником так называемых «зародышей жизни», попадающих на те небесные тела, которые обладают подходящими для прорастания этих зародышей условиями.
Впервые упоминание о возможности заноса зародышей жизни из космоса встречается в трудах древнегреческого философа Анаксагора (500-428 до н. э.). Впоследствии такие же идеи высказал Бенуа де Майе (1656-1738 гг.) в XVIII веке. Новое рождение идеи панспермии пережили в работах Сванте Августа Аррениуса (1859-1927 гг.), лорда Кельвина Уильяма Томсона (1824-1907 гг.) и Германа фон Гельмгольца (1821-1894 гг.).
С началом космической эры и развитием исследований жестких космических излучений на органические объекты поставило актуальность идеи панспермии под вопрос, поскольку тот спектр физических условий (низкая температура, вакуум, жесткие космические излучения) не способствуют выживанию любого организма.
В 1973 году нобелевский лауреат Френсис Крик (1916-2004 гг.) также высказал предположение о том, что возможно внеземное происхождение первых молекулярных живых систем, которые затем попали на Землю с метеоритами и кометами

. При этом шансы абиогенеза на нашей планете им оценивались как крайне низкие.
При этом происхождение и развитие жизни на Земле путем усложнения и самосборки органических молекул высокой сложности ученый считал практически нереальным или как минимум маловероятным.
Данная идея основывалась на том, что окаменевшие биологические структуры обнаруживали в метеоритах по всей планете, а также подобные следы были обнаружены в образцах грунта, которые доставили с Луны и Марса.
Современные исследователи проводят многочисленные эксперименты, целью которых является выяснение пределов жизнеспособности микроорганизмов и отдельных клеток к воздействиям сверхнизких температур, вакуума и жесткой космической радиации. Также экспериментально воспроизводятся те воздействия, которые испытывает живая клетка при прохождении верхних и средних слоев земной атмосферы [6].
Важный эксперимент был проведен в 2006 году в рамках миссии Deep Impact. В ходе этого эксперимента были получены пробы вещества кометы Темпеля, в которых при последующем лабораторном анализе были обнаружены вода и сложные органические соединения.
Следовательно, теория панспермии со времени своего зарождения и до сегодняшнего момента претерпела ряд значительных изменений.
Трактовка современной наукой тех первичных компонентов, которые были транспортированы на поверхность молодой планеты Земля, отличается от теорий зародышей жизни как полноценных организмов. В данном случае зародыши жизни воспринимаются как комплекс молекулярных соединений, которые послужили основой для образования первичных молекул РНК или ДНК как своеобразная матрица для воспроизведения.
Ряд современных исследований и экспериментов доказывают, что живые клетки способны сохранять свою жизнестойкость в условиях открытого космоса. Разумеется, это касается не всех клеток, но допускает возможность внеземного происхождения жизни.
В ряд основных концепций, трактующих и объясняющих вопросы возможности происхождения жизни на Земле и ее механизмы, закономерно входят и теории панспермии, поскольку они объясняют тот способ, которым были доставлены на планету необходимые для первичного синтеза органических соединений, вещества и компоненты.

3. Теория биохимической эволюции Опарина-Холдейна

Идея зарождения живых существ без вмешательства божественной воли, из неорганических компонентов среды, впервые была сформулирована академиком А.И.Опариным в 1924 году в работе «Происхождение жизни».
В 1929 году, похожие концепции происхождения жизни на Земле высказал английский биолог Джон Холдейн (1860-1936 гг.) не зависимо от Опарина, поскольку на тот момент связи между советскими и зарубежными учеными были недостаточно активными.
В своей теории Опарин исходит из того, что атмосфера молодой Земли не содержала кислорода и была, таким образом, восстановительной. Под воздействием мощных всплесков энергии (грозы и космическое излучение) мог происходить синтез органических соединений из более простых неорганических компонентов, которые присутствовали в первичной атмосфере и первичном океане [5].
В дальнейшем эти молекулы могли образовать сгустки и скопления, получившие название коацерватных капель. Коацерватные капли представляли собой протоорганизмы, окруженные водными рубашками – зачатками клеточной мембраны, благодаря наличию которых происходило расслоение, порождающее разность зарядов. Разность зарядов порождала в свою очередь и изменение потенциалов, которое лежит в основе движения и метаболизма любой живой клетки. Поскольку коацерваты обладали способностью к движению и метаболизму, то их вполне закономерно можно считать первыми жизненными формами на Земле.
Понятие «первичного бульона» было введено Холдейном для обозначения первичного земного океана, насыщенного различными соединениями и постоянно подвергающегося воздействию ультрафиолетовых лучей и атмосферного электричества. В итоге такая деятельность привела к тому, что возникла концентрированная популяция органических полимеров и мономеров.
В дальнейшем эти соединения компоновались с образованием вокруг них липидной мембраны, что в итоге привело к появлению первых живых клеток.
Значительное количество ученых положительно отнеслись к идее возникновения жизни на Земле на основе абиогенеза, хотя с самого начала указывали на определенные недоговоренности и «узкие места» в теории Опарина-Холдейна.
В ряде стран начались работы по проведению тестовых исследований гипотезы, из которых наиболее известен классический эксперимент, проведенный в 1953 году американскими учеными Стенли Миллером (1930-2007 гг.) и Гарольдом Юри (1893-1981 гг.) [4].
Повторение этих экспериментов, модифицирование условий их проведения позволили полностью воспроизвести атмосферу древней Земли